构建反应型荧光探针的两个基本要素包括荧光染料与特异性的反应位点。本论文设计合成新型含有酚羟基的BODIPY荧光染料,并根据其羟基的可修饰型,获得了几个生物分子荧光探针,主要内容包括:(1)NQO1酶是一种重要的肿瘤标记物,可作为靶点用于癌症的诊断与治疗。为此,本章中设计合成了一个小分子荧光探针BOD-NQO1用来检测NQO1的活性。在该小分子探针中,羟基-BODIPY(B-OH)作为荧光发色团,而三甲基氢醌酸作为NQO1酶的特异性识别位点,两者经由对氨基苄基相连。结果表明,还原反应可将三甲基醌转换为氢醌,引起内酯化反应生成对氨基苯甲酸碳酸酯;并进一步通过1,6-自消除反应产生染料B-OH。为了进一步解决小分子探针水溶性差的问题,这里采用两性聚合物mPEG-DSPE与小分子探针自组装形成纳米胶束的方法,获得了一个纳米荧光探针Nano-NQO1。该纳米探针表现出了好的化学稳定性和光稳定性,以及优良的水溶性和生物相容性。在生理环境中,Nano-NQO1对NQO1呈现出荧光比率式响应;更重要的是,Nano-NQO1可作为一个工具用于区分NQO1酶阳性细胞和NQO1酶阴性细胞。(2)具有大Stokes位移的近红外发光染料能够有效减少荧光自淬灭的发生,降低背景荧光的干扰,并具有较深的生物组织穿透性,因此在设计合成荧光探针中是一首选染料。然而,这类有机染料的合成仍然面临着巨大的挑战。本章根据激发态分子内质子转移(ESIPT)原理,设计合成了具有大Stokes位移(>200 nm)的近红外荧光染料NIR-BODI(发射波长740 nm)。重要的是,这些光学性质在pH 5-8范围内保持不变。实验结果表明,NIR-BODI具有大Stokes位移的近红外发光、可功能化的酚羟基等特点,可用于合成一系列反应型荧光探针。(3)生物硫醇化合物,与许多生理和病理功能都息息相关。本章中通过修饰羟基获得了两个用以检测硫醇类化合物的荧光探针。探针BOD-Cys和BOD-thiol分别是由丙烯酰基和2,4-二硝基苯磺酰基对染料NIR-BODI中的羟基进行修饰得到。研究表明,硫醇类化合物可触发两个探针呈现大Stokes位移的近红外turn-on型荧光。更重要的是,通过生物实验表明,探针可用于活体细胞中硫醇化合物的近红外成像研究。(4)硫化氢在维持细胞的正常代谢过程中起着重要作用,设计合成硫化氢分子荧光探针具有重要的科学意义。为此,本章利用叠氮基团作为响应位点引入到近红外荧光染料NIR-BODI中,获得了两个硫化氢荧光探针。研究表明,硫化氢可高选择性的还原叠氮基团为氨基,并最终释放出染料NIR-BODI,从而导致700 nm处近红外发光的增强。生物实验表明,该近红外荧光探针可用于活细胞中硫化氢的成像研究。(5)氟离子在生命科学和环境科学等方面起着重要的作用,因此设计合成氟离子荧光探针具有重要意义。本章设计合成了一个新型近红外氟离子荧光探针。实验结果表明,氟离子可高选择性断裂探针分子中的硅-氧键,从而释放出染料NIR-BODI,呈现700 nm处近红外荧光的增强,并期望该turn-on型近红外探针能够作为一个有效的工具用于跟踪监测生物体中的氟离子。